(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非ゼロ復帰方式の信号光が入力される第１の入力ポートと、搬送光が入力される第２の入力ポートと、第１及び第２の光路と、前記第１及び第２の入力ポートに入力された光を夫々前記第１及び第２の光路に分配する分配部と、前記第１の光路に設けられ前記分配部により分配された信号光のうち一方の信号光及び前記分配部により分配された搬送光のうち一方の搬送光が入力され前記一方の信号光により屈折率が非線形に変化して前記一方の搬送光の位相を非線形にシフトさせる第１の非線形光学素子と、前記第２の光路に設けられ前記分配部により分配された信号光のうち他方の信号光及び前記分配部により分配された搬送光のうち他方の搬送光が入力され前記他方の信号光により屈折率が非線形に変化して前記他方の搬送光の位相を非線形にシフトさせる第２の非線形光学素子と、前記第２の非線形光学素子に入力される前記他方の信号光を前記第１の非線形光学素子に入力される前記一方の信号光よりも減衰させる減衰部と、前記第１の非線形光学素子に前記一方の信号光が入力した後に前記第２の非線形光学素子へ前記他方の信号光が入力するようにする遅延部と、前記第１及び第２の光路を通過した光を合成する合成部とを有し、前記遅延部により前記他方の信号光の入力が遅延される時間は、前記第１及び第２の非線形光学素子における非線形屈折率変化の緩和時間よりも短いことを特徴とする全光スイッチ。
【請求項２】
前記第１及び第２の入力ポートは、前記信号光の伝搬方向と前記搬送光の伝搬方向とが逆方向になるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の全光スイッチ。
【請求項３】
前記搬送光は、無変調連続光であることを特徴とする請求項１又は２に記載の全光スイッチ。
【請求項４】
前記搬送光は、前記信号光に同期したクロックパルス光であることを特徴とする請求項１又は２に記載の全光スイッチ。
【請求項５】
前記遅延部は、前記第２の光路における前記分配部から前記第２の非線形光学素子までの光路長を、前記第１の光路における前記分配部から前記第１の非線形素子までの光路長よりも長くすることにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の全光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光ファイバ通信及び光情報処理の分野で波長変換器に使用される全光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】  光ファイバ通信システムの飛躍的な伝送容量増大や運用効率向上に向け、光電変換を介さず光領域で信号処理を行う技術の開発が活発化している。光領域で信号処理を行うには全光スイッチが必要である。特に、光ファイバ通信システムのノードにおいて波長クロスコネクト機能を提供する波長変換器への期待は高い。【０００３】  ゼロ復帰方式（Ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  Ｚｅｒｏ；ＲＺ）のデータ変調光信号で駆動する全光スイッチとして、半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ＳＯＡ）を共鳴励起して得られる高効率な非線形光学効果を利用し、更に、このＳＯＡをマッハ・ツェンダー型光回路に組み込んで動作原理を工夫することで高速性をも兼ね備えた全光スイッチが提案されている（例えば、特許文献１乃至４及び非特許文献１参照。）。以下、この全光スイッチを従来例１とする。【０００４】  図７は従来例１の全光スイッチの構成を示す図である。図７に示すように、従来例１の全光スイッチは、マッハ・ツェンダー型光回路の２つの光路（以下、アームともいう）に夫々ＳＯＡを備えた非線形導波路素子１０１及び１０２が配置されている。この全光スイッチには、ゼロ復帰方式でデータ変調されたパルス状の信号光（ＲＺ信号光）５１及び無変調連続（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ；ＣＷ）光５２が入力される。その際、ＲＺ信号光５１の波長λ１及びＣＷ光５２の波長λ２はいずれもＳＯＡの利得領域に設定される。信号光パルスは、ポート１０７より入力され、３ｄＢカプラ１１０で分岐された後、一方は、可変遅延回路１１１、可変減衰器１１２及び３ｄＢカプラ１０５をこの順に通過して非線形導波路素子１０１へ入力される。他方は、可変減衰器１１３及び３ｄＢカプラ１０６をこの順に通過して非線形導波路素子１０２へ入力される。なお、図７においては、前述の２つのパスの光路長が相互に異なるように図示しているが、これは図示の便宜のためである。【０００５】  また、この全光スイッチにおいては、可変遅延回路１１１を調節することにより、非線形導波路素子１０１に入力されるＲＺ信号光と非線形導波路素子１０２に入力されるＲＺ信号光との間に時間差を設けることができる。ＲＺ信号光５１は、反転分布状態にある非線形導波路素子１０１及び１０２において、キャリア密度を誘導放出により減少させ、非線形導波路素子１０１及び１０２の屈折率を変化させる。一方、波長λ２のＣＷ光５２は、入力ポート１０８に入力され、３ｄＢカプラ１０３で一旦分岐された後、非線形導波路素子１０１及び１０２で生じる屈折率変化（非線形位相シフト）を受ける。非線形導波路素子１０１及び１０２を通過したＣＷ光５２は、３ｄＢカプラ１０４で再び合波されることによってＲＺデータ変調信号光となり、波長変換光として出力ポート１０９から出力される。【０００６】  このようなマッハ・ツェンダー型光回路においては、位相調整器１１４及び１１５を使用することにより、波長λ１のＲＺ信号光５１が入力されない場合は、ＣＷ光５２に由来する波長がλ２であるパルス状の出力光がポート１０９から出力されないように設定される。即ち、波長λ１のＲＺ信号光５１が入力されない場合、両アームを通過した���長λ２のＣＷ光５２が３ｄＢカプラ１０４で干渉する際の位相差が半波長となるように設定される。そして、ＲＺ信号光５１が入力され、非線形導波路素子１０１において非線形屈折率変化が生じると、非線形導波路素子１０１を通過する波長λ２のＣＷ光５２が非線形位相シフトを受け、出力ポート１０９からの波長λ２の光出力がオンとなる。【０００７】  ＲＺ信号光が非線形導波路素子１０１及び１０２においてキャリア密度を減少させる誘導放出過程は、ＲＺ信号光５１のパルス幅程度の間だけ継続する。このため、キャリア密度変化又は非線形屈折率変化の立ち上がりに要する時間は、ＲＺ信号光５１のパルス幅程度である。これに対し、非線形屈折率変化の緩和時間、即ち、もとの反転分布状態へ戻るキャリア寿命は、通常１００ｐｓ乃至１ｎｓ程度と遅い。しかしながら、この従来例１の全光スイッチにおいては、非線形導波路素子１０１にＲＺ信号光５１を入力し、その後、このＲＺ信号光５１のパルス幅と略等しい時間ΔＴが経過した後、非線形導波路素子１０２にＲＺ信号光を入力し、非線形屈折率変化を生じさせることにより、長いキャリア寿命に依存しないスイッチング動作を行う。これにより、マッハ・ツェンダー型光回路の両アームを通過する波長λ２のＣＷ光５２も非線形位相シフトを受け、３ｄＢカプラ１０４で干渉する際の位相差は初期状態の半波長に戻り、出力ポート１０９からの波長λ２の光出力がオフとなる。つまり、波長λ２の光出力はΔＴのパルス幅を有するＲＺデータ変調光となる。このようにして、波長λ１のＲＺ信号光５１のパルス列を入力して波長λ２のデータ変調光のパルス列を得る波長変換動作が実現される。【０００８】  また、従来、非ゼロ復帰方式（Ｎｏｎ  Ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  Ｚｅｒｏ；ＮＲＺ）のデータ変調光信号で駆動する全光スイッチも提案されている（例えば、非特許文献２参照。）。以下、この全光スイッチを従来例２とする。図８は従来例２の全光スイッチの構成を示す図である。図８に示すように、この従来例２の全光スイッチは、マッハ・ツェンダー型光回路の両アームにＳＯＡを備えた非線形導波路素子１０１及び１０２が配置されている。この全光スイッチには、非ゼロ復帰方式でデータ変調された信号光（ＮＲＺ信号光）５３及びＣＷ光５２が入力される。その際、ＮＲＺ信号光５３の波長λ１及びＣＷ光５２の波長λ２はいずれもＳＯＡの利得領域に設定される。【０００９】  ＮＲＺ信号光５３は、入力ポート１２１へ入力され、カプラ１２３で分岐された後、一方は非線形導波路素子１０１へ入力され、他方は非線形導波路素子１０２へ入力される。カプラ１２３における分岐比は非対称になっており、非線形導波路素子１０１に入力される信号光強度は、非線形導波路素子１０２に入力される信号光強度よりも大きい。このため、非線形導波路素子１０１において引き起こされる屈折率変化（非線形位相シフト）が非線形導波路素子１０２において引き起こされる屈折率変化より大きくなる。また、波長λ２のＣＷ光５２は入力ポート１２２へ入力され、カプラ１２３で分岐された後、非線形導波路素子１０１及び１０２で生じる非線形位相シフトを受ける。非線形導波路素子１０１及び１０２を通過したＣＷ光５２はカプラ１２４で再��合波されることによりＮＲＺデータ変調光となり、波長変換光とし出力ポート１２５から出力される。【００１０】  このようなマッハ・ツェンダー型光回路においては、位相調整器１１４及び１１５を使用することにより、波長λ１のＮＲＺ信号光５３の入力がない場合に、波長λ２の出力光が出力ポート１２５から出力されないように設定される。即ち、ＮＲＺ信号光５３の入力がない場合は、両アームを通過した波長λ２のＣＷ光５２がカプラ１２４で干渉する際の位相差は半波長となるように設定される。なお、カプラ１２３における分岐比は非対称であるが、ＣＷ光５２の場合、ＳＯＡを通過する時点で、利得飽和のため両アームの強度は等しくなることが予想される。また、カプラ１２４の直前に強度調整器を設けたり、カプラ１２４の分岐比を調整したりすることにより、初期状態において出力を０にできる。【００１１】  この従来例２の全光スイッチにおいては、ＮＲＺ信号光５３が入力されると、非線形導波路素子１０１及び１０２において夫々非線形屈折率変化が生じる。両アームを通過する波長λ２のＣＷ光５２は異なる非線形位相シフトを受けるため、カプラ１２４で干渉する際の位相差が変化することになる。これにより、出力ポート１２５からの波長変換光の出力がオンとなる。一方、ＮＲＺ信号光５３の入力がない状態に戻ると、非線形導波路素子におけるキャリア密度は回復し、波長変換光の出力はオフに戻る。キャリア密度が回復し非線形屈折率変化が緩和する過程はキャリア寿命で定まる。【００１２】  ＮＲＺ信号光が非線形導波路素子に入力される場合、ＲＺ信号光が入力される場合と異なる点は、信号光の入力がオフからオンに切り替わる過程のキャリア密度変化もキャリア寿命で定まることである。ＮＲＺ信号光が入力される場合、信号光の継続時間は少なくとも１ビットのタイムスロット程度と長いため、信号光の入力が継続する間に、非線形導波路素子内のキャリア密度は定常状態に向かい、その時定数はキャリア寿命となる。【００１３】
【特許文献１】特開平７−２０５１０号公報
【特許文献２】特開平７−１９９２４０号公報
【特許文献３】特開平９−６０４４０号公報
【特許文献４】特開２００２−２３６２７２号公報
【非特許文献１】Ｋａｚｕｈｉｔｏ  ＴＡＪＩＭＡ，「Ａｌｌ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｗｉｔｃｈ−Ｏｆｆ  Ｔｉｍｅ  Ｕｎｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ  ｂｙ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｌｉｆｅｔｉｍｅ」，１９９３年１２月，Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，第３２巻，ｐ．Ｌ１７４６−Ｌ１７４９
【非特許文献２】Ｆ．Ｒａｔｏｖｅｌｏｍａｎａｎａ、外９名，「Ａｎ  Ａｌｌ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ  Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃａｌｌｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅ  ｉｎ  ａｎ  Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」，１９９５年１０月，ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ，第７巻，第１０号，ｐ．９９２−９９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】  しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。光ファイバ通信においては、高ビットレートの伝送にはＲＺ信号が使用される傾向があるものの、通常はＮＲＺ信号光が使用されることが多い。このため、ＲＺ信号光による駆動のみしか考慮されていない従来例１の全光スイッチにおいては、非線形導波路素子１０１においてＲＺ信号光が引き起こす屈折率変化により両アーム間の位相差が変化した後、非線形導波路素子１０２においてＲＺ信号光が引き起こす屈折率変化により両アーム間の位相差は初期状態に戻るが、この全光スイッチにＲＺ信号光ではなくＮＲＺ信号光を入力すると、信号光入力強度がゼロでない状態では非線形導波路素子１０１にも非線形導波路素子１０２にも信号光が入力され続けるため、両アームの屈折率変化が相殺される状態となり、波長変換光の出力がオフになってしまうという問題点がある。【００１５】  一方、ＮＲＺ信号光で駆動する従来例２の全光スイッチは、高いビットレートで動作させることは困難であるという問題点がある。従来例２の全光スイッチは、信号光がオフからオンに向かう過程のキャリア密度変化も、オンからオフに向かう過程のキャリア密度変化も、キャリア寿命で定まるため、波長変換出力光の波形は、オフからオンに向かう過程でもオフからオンに向かう過程でも裾引きを伴う。このため、キャリア寿命が１００ピコ秒だとすると、これより短い時間で波形が変化する１０Ｇｂ／秒又は４０Ｇｂ／秒といったビットレートのＮＲＺ信号光で駆動する場合には、波長変換出力光における波形歪みが極めて大きくなる。【００１６】  本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、キャリア寿命に依存する波長変換出力光の波形歪みを解消し、高ビットレートのＮＲＺ信号光でも駆動可能な全光スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】  本発明に係る全光スイッチは、非ゼロ復帰方式の信号光が入力される第１の入力ポートと、搬送光が入力される第２の入力ポートと、第１及び第２の光路と、前記第１及び第２の入力ポートに入力された光を夫々前記第１及び第２の光路に分配する分配部と、前記第１の光路に設けられ前記分配部により分配された信号光のうち一方の信号光及び前記分配部により分配された搬送光のうち一方の搬送光が入力され前記一方の信号光により屈折率が非線形に変化して前記一方の搬送光の位相を非線形にシフトさせる第１の非線形光学素子と、前記第２の光路に設けられ前記分配部により分配された信号光のうち他方の信号光及び前記分配部により分配された搬送光のうち他方の搬送光が入力され前記他方の信号光により屈折率が非線形に変化して前記他方の搬送光の位相を非線形にシフトさせる第２の非線形光学素子と、前記第２の非線形光学素子に入力される前記他方の信号光を前記第１の非線形光学素子に入力される前記一方の信号光よりも減衰させる減衰部と、前記第１の非線形光学素子に前記一方の信号光が入力した後に前記第２の非線形光学素子へ前記他方の信号光が入力するようにする遅延部と、前記第１及び第２の光路を通過した光を合成する合成部とを有し、前記遅延部により前記他方の信号光の入力が遅延される時間は、前記第１及び第２の非線形光学素子における非線形屈折率変化の緩和時間よりも短いことを特徴とする。【００１８】  本発明においては、減衰部により第１及び第２の非線形光学素子に入射される信号光の強度を変えて、第１及び第２の非線形光学素子において誘起される位相変化量を変えると共に、遅延部により第２の非線形光学素子へのＮＲＺ信号光の入力を、第１の非線形光学素子へのＮＲＺ信号光の入力よりも遅延させるため、第１の非線形光学素子における位相変化が裾を引き始めと、第２の非線形光学素子における位相変化の立ち上げ又は立ち下げとが重なり、位相変化の裾の影響を効率的に相殺することができる。【００１９】  このとき、信号光の第２の非線形光学素子への入力が遅延される時間は、キャリア寿命又は屈折率変化の緩和時間よりも小さくする。これにより、ＮＲＺ信号光の入力により第１及び第２の非線形光学素子において誘起される位相変化が異なるため、第１及び第２の光路における位相差は初期状態に戻ることなく、出力が得られる。また、ＮＲＺ信号光が入力され続けると各々の非線形光学素子で生じる位相変化量はキャリア寿命程度の時間をかけて定常状態に近づくが、この全光スイッチにおいては、第１の非線形光学素子において誘起される位相変化が定常状態に向かう裾引き過程に入る頃に、第２の非線形光学素子における位相変化が誘起されるため、第１の非線形光学素子における位相変化の裾引き過程の影響は、第２の非線形光学素子における位相変化の立ち上がりによってある程度相殺することが可能となる。更に、ＮＲＺ信号光の入力がオンからオフとなる過程においても、各々の非線形光学素子で生じる位相変化量はキャリア寿命程度の時間をかけて初期状態へ緩和するが、この全光スイッチにおいては、第１の非線形光学素子における緩和が初期状態に向かう裾引き過程に入る頃に、第２の非線形光学素子における位相変化も緩和を開始するため、第１の非線形光学素子における位相変化の裾引き過程の影響は、第２の非線形光学素子における位相変化の緩和によってある程度相殺することが可能となる。【００２０】  前記第１及び第２の入力ポートは、前記信号光の伝搬方向と前記搬送光の伝搬方向とが逆方向になるように配置してもよい。搬送光とＮＲＺ信号光を逆方向に伝搬させるような構成にすることにより、搬送光とＮＲＺ信号光とが同じ波長でも動作可能になる。【００２１】  また、この全光スイッチは、搬送光として、ＣＷ光だけでなく、ＮＲＺ信号光と同期したクロックパルス光を使用することができる。搬送光をクロックパルス光にすると、ＮＲＺ−ＲＺ変換が可能になる。【００２２】  更に、前記遅延部は、例えば、前記第２の光路における前記分配部から前記第２の非線形光学素子までの光路長を、前記第１の光路における前記分配部から前記第１の非線形素子までの光路長よりも長くすることにより形成することができる。
【発明の効果】
【００２３】  本発明によれば、高いビットレートのＮＲＺ信号光で駆動される場合であっても、スイッチ動作がオフからオンに切り替わる過程及びオンからオフに切り替わる過程において、非線形屈折率変化の緩和時間の影響を受けずに動作させることができるため、従来の全光スイッチよりも広範囲のビットレートのＮＲＺ信号光で動作可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態の全光スイッチの構成を示す図である。
【図２】（ａ）は入力ポート７に入力されるＮＲＺ信号光のパターンを示す波形図であり、（ｂ）は非線形導波路素子１及び２における非線形位相シフトを示す波形図であり、（ｃ）は出力ポート９から出力される出力光強度のアイパターンを示す波形図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の全光スイッチの構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の全光スイッチの構成を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施形態の全光スイッチの構成を示す図である。
【図６】本発明の第５の実施形態の全光スイッチの構成を示す図である。
【図７】従来例１の全光スイッチの構成を示す図である。
【図８】従来例２の全光スイッチの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】  １、２、１０１、１０２；非線形導波路素子
３〜６、１０、３２〜３５、３７、１０３〜１０６、１１０；３ｄＢカプラ
７、８、２１、２２、３１、３２、４１、４２、１０７、１０８、１２１、１２２；入力ポート
９、２５、３８、４５、１０９、１２５；出力ポート
１１、１１１；可変遅延回路
１２、１３、１１２、１１３；可変減衰器
１４、１５、１１４、１１５；位相調整器
２３、２４、４３、４４、１２３、１２４；カプラ
５１；ＲＺ信号光
５２；ＣＷ光
５３；ＮＲＺ信号光
５４；クロックパルス光
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】  以下、本発明の実施の形態に係る全光スイッチについて、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係る全光スイッチについて説明する。図１は本実施形態の全光スイッチの構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の全光スイッチは、入力ポート７から入力された非ゼロ復帰方式でデータ変調された信号光（ＮＲＺ信号光）５３を２つに分配する３ｄＢカプラ１０と、入力ポート８から入力された搬送光であるＣＷ光５２を２つに分配する３ｄＢカプラ３と、３ｄＢカプラ１０で分配された一方の信号光及び３ｄＢカプラ３で分配された一方のＣＷ光が入力される３ｄＢカプラ５と、３ｄＢカプラ１０で分配された他方の信号光及び３ｄＢカプラ３で分配された他方のＣＷ光が入力される３ｄＢカプラ６と、３ｄＢカプラ５から出力された光及び３ｄＢカプラ６から出力された光を合成して出力ポート９に出力する３ｄＢカプラ４と、を備えたマッハ・ツェンダー型光回路が設けられている。【００２７】  本実施形態の全光スイッチにおいては、３ｄＢカプラ５と３ｄＢカプラ４との間に、ＳＯＡを備えた非線形導波路素子１及び位相調節器１４が設けられており、３ｄＢカプラ６と３ｄＢカプラ４との間には、ＳＯＡを備えた非線形導波路素子２及び位相調節器１５が設けられている。この非線形導波路素子１及び２は、入力された光の屈折率を非線形に変化させて出力するものである。また、位相調整器１４及び１５は、ＮＲＺ信号光５３が入力されない場合に、ＣＷ光５２に由来するの出力光が出力ポート９から出力されないようにするものであり、ＮＺＲ信号光５３の入力がない場合には、両アームを通過したＣＷ光が３ｄＢカプラ４で干渉する際の位相差が半波長になるように設定されている。【００２８】  また、本実施形態の全光スイッチにおいては、入力されたＮＲＺ信号光５３を分配する３ｄＢカプラ１０と３ｄＢカプラ５との間に、可変遅延回路１１及び可変減衰器１２が設けられており、３ｄＢカプラ１０と３ｄＢカプラ６との間には、可変減衰器１３が設けられている。可変遅延回路１１は、３ｄＢカプラ１０で分配された一方のＮＲＺ信号光が非線形導波路素子１に入力した後で、他方のＮＲＺ信号光が非線形導波路素子２に入力するように、他方のＮＲＺ信号光の入力を遅らせるものであり、例えば、３ｄＢカプラ１０から非線形導波路素子２までの光路長を、３ｄＢカプラ１０から非線形導波路素子１までの光路長よりも長くすることにより形成されている。そして、可変遅延回路１１により与えられる２つのＮＲＺ信号光の入力時間差ΔＴが、非線形導波路素子１及び２における非線形屈折率変化の緩和時間、即ち、キャリア寿命よりも短くなるように設定されている。また、可変減衰器１２及び１３は、非線形導波路素子２に入力されるＮＲＺ信号光を、非線形導波路素子１入力されるＮＲＺ信号光よりも減衰させるものである。【００２９】  本実施形態の全光スイッチは、図７に示す従来例１の全光スイッチの構成と比べて、ＲＺ信号光ではなくＮＲＺ信号光が入力される点、可変遅延回路２１により与えられる非線形導波路素子１及び２に入力される各信号光の入力時間差ΔＴがキャリア寿命よりも短い点、及び非線形導波路素子２に入力される信号よりも非線形導波路素子１に入力される信号光の強度を大きくする可変減衰器１２及び１３が設けられている点が異なっている。なお、本実施形態の全光スイッチにおける各構成要素は、通常の光導波路により相互に接続されている。【００３０】  次に、本実施形態の全光スイッチの動作について説明する。先ず、入力ポート７に波長λ１のＮＲＺ信号光５３が入力され、入力ポート８に波長λ２のＣＷ光５２が入力される。この波長λ１及び波長λ２は、いずれもＳＯＡの利得領域内に設定される。そして、入力ポート７に入力されたＮＲＺ信号光５３は、３ｄＢカプラ１０で２つに分配され、その一方のＮＲＺ信号光は、可変遅延回路１１、可変減衰器１２及び３ｄＢカプラ５をこの順に通過して非線形導波路素子１へ入力される。また、他方のＮＲＺ信号光は、可変減衰器１３、３ｄＢカプラ６を通過して非線形導波路素子２へ入力される。その際、可変遅延回路１１によって、非線形導波路素子１に入力されるＮＲＺ信号光と非線形導波路素子２に入力されるＮＲＺ信号光との間にΔＴの時間差がつけられる。即ち、非線形導波路素子１にＮＲＺ信号光が入力されて、時間ΔＴが経過した後で、非線形導波路素子２にＮＲＺ信号光が入力される。そして、入力されたＮＲＺ信号光により、非線形導波路素子１及び２のキャリア密度が減少し、非線形導波路素子１及び２の屈折率が変化する。一方、ポート８へ入力された波長λ２のＣＷ光５２は、３ｄＢカプラ１３で２つに分配された後、夫々非線形導波路素子１及び２において、屈折率変化（非線形位相シフト）を受ける。その後、非線形導波路素子１及び２を通過したＣＷ光は、合成部である３ｄＢカプラ４で再び合波されてＮＲＺデータ変調光となり、波長変換光としてポート９から出力される。【００３１】  本実施形態の全光スイッチにおいては、ＮＲＺ信号光が入力され、非線形導波路素子１において非線形屈折率変化が励起されると、非線形導波路素子１を通過する波長λ２のＣＷ光が非線形位相シフトを受け、ポート１からの波長λ２の光出力がオンとなる。その際の非線形位相シフト量は、時間ΔＴが経過するまでに少なくともπ／２程度であり、πに近いほうが望ましい。そして、時間ΔＴの後、波長λ１のＮＲＺ信号光が非線形導波路素子２にも入力され、キャリア密度を減少させるとともに屈折率を変化させ、非線形導波路素子２を通過する波長λ２のＣＷ光も非線形位相シフトを受ける。このとき、非線形導波路素子２における非線形位相シフトは、非線形導波路素子１で生じていた非線形位相シフトと同符号で、且つ非線形導波路素子１の非線形位相シフトよりも小さな値とする。非線形導波路素子１で生じている非線形位相シフトも非線形導波路素子２で生じている非線形位相シフトも同じような時間変化をするため、このように非線形導波路素子２へのＮＲＺ信号光の入力を時間ΔＴだけ遅延させることにより、非線形導波路素子１において非線形位相シフトが生じてから時間ΔＴ経過した以降の裾引きの部分を相殺することができる。これにより、波長λ２の光出力がオフからオンに切り替わる過程において、キャリア寿命に起因する裾引きが抑制される。【００３２】  また、本実施形態の全光スイッチにおいては、波長λ１のＮ���Ｚ信号光入力がオンからオフに切り替わる過程においても同様にキャリア寿命に起因する裾引きを抑制することができる。具体的には、波長λ１のＮＲＺ信号光入力がオフになると、非線形導波路素子１におけるキャリア密度が回復し、やはり定常状態へ近づく。その際の定数はキャリア寿命で定まり、キャリア密度の時間変化は裾引きを示すことになる。しかしながら、時間ΔＴ経過後、両アーム間の位相差がほぼ初期状態に戻った時点で、非線形導波路素子２への信号光入力もオフとなり、キャリア密度の回復が始まる。このキャリア密度の回復、即ち、非線形シフト量も、非線形導波路素子１と非線形導波路素子２とで同じような時間変化を示す。従って、これ以降は両アームの位相差の変化は抑制され、波長λ２の光出力にはキャリア密度変化の裾引きの影響は現われない。このようにして、波長λ１のＮＲＺ信号光を入力して波長λ２のＮＲＺ出力光を得る波長変換動作が実現される。【００３３】  以下、本実施形態の全光スイッチの動作を、入力ポート７にビットレートが４０Ｇｂ／秒のＮＲＺ信号光が入力され、可変遅延回路１１によって調節されるＮＲＺ信号光が非線形導波路素子１及び２へ入力される際の時間差ΔＴが１２ピコ秒である場合を例に詳細に説明する。図２（ａ）は入力ポート７に入力されるＮＲＺ信号光のパターンを示す波形図であり、図２（ｂ）は非線形導波路素子１及び２における非線形位相シフトを示す波形図であり、図２（ｃ）は出力ポート９から出力される出力光強度のアイパターンを示す波形図である。波形図である。図２（ａ）に示すように、入力ポート７に入力されるＮＲＺ信号のパターンは、信号光強度がゼロでない場合を「１」、信号光強度がゼロの場合を「０」として表わすと、「０１０１０００１１１１００１０００１０１」となる。この入力波形をＳＤＡＴＡ，ｎ（ｔ，ｚ＝０）とする。ここで、ｔは時間、ｚは非線形導波路素子の長さ方向の位置を表し、ｚ＝０は導波路の入射端、ｚ＝Ｌは導波路の出射端を表す。また、ｎは１又は２を表し、ｎ＝１は非線形導波路素子１における信号光強度を、ｎ＝２は非線形導波路素子２における信号光強度を表す。更に、ＮＲＺ信号光５３と共に入力されるＣＷ光５２の強度をＳＣＷ，ｎ（ｔ，ｚ＝０）で表す。非線形導波路素子１及び２におけるキャリア密度Ｎ１（ｔ，ｚ）及びＮ２（ｔ，ｚ）の時間変化は、下記数式１乃至３に従う。【００３４】
【数１】
0004442565.tif 000002
【００３５】
【数２】
0004442565.tif 000003
【００３６】
【数３】
0004442565.tif 000004
【００３７】  なお、上記数式１乃至３において、Ｊｎは注入電流密度、ｅは単位電荷、τは光入力がない状態でのキャリア寿命、Ａｇは微分利得係数、Ｎ０は利得を生じるキャリア密度、ｈはプランク定数、νは光周波数及びΓは光閉じ込め係数である。【００３８】  また、図２（ｂ）に示す非線形導波路素子１及び２における非線形位相シフトＮｔｏｔ，ｎ（ｔ）は、非線形導波路素子１及び２におけるキャリア密度Ｎｎ（ｔ，ｚ）を長さ方向に積分した量の信号光入力がない状態からの変化に比例し、下記数式４により求められる。【００３９】
【数４】
0004442565.tif 000005
【００４０】  そして、非線形導波路素子１及び２においてＣＷ光が受ける非線形位相シフトφｎ（ｔ）は、下記数式５で与えられる。【００４１】
【数５】
0004442565.tif 000006
【００４２】  なお、上記数式５におけるｋは比例定数、Ｍｔｏｔ，ｎはＮＲＺ信号光の入力がない状態で非線形導波路素子におけるキャリア密度を長さ方向に積分した量である。よって、本実施形態の全光スイッチから出力される波長λ２の出力光強度Ｓｏｕｔ（ｔ）は、下記数式６で与えられる。【００４３】
【数６】
0004442565.tif 000007
【００４４】  なお、上記数式６におけるΔφは位相調整器１４及び１５によって設定される両アーム間の位相差である。本実施形態の全光スイッチにおいては、非線形導波路素子１における非線形位相シフトφ１（ｔ）と、非線形導波路素子２における非線形位相シフトφ２（ｔ）とが、同一のキャリア寿命τによって同じ時間変化をし、更に、非線形導波路素子１におけるキャリア密度Ｎｔｏｔ，１（ｔ）が裾を引き始めたところで、非線形導波路素子２におけるキャリア密度Ｎｔｏｔ，２（ｔ）が立ち上がるため、非線形位相シフトφ１（ｔ）の裾引きがかなりの程度相殺される。【００４５】  これにより、図２（ｃ）に示すように、出力ポート９から出力される出力光強度Ｓｏｕｔ（ｔ）は、良好なアイ開口が得られる。なお、ＮＲＺ信号光を両アームの非線形導波路素子１及び２へ入力する際の時間差ΔＴは、非線形屈折率変化の緩和時間に対応した値に設定されるため、動作ビットレートによって変える必要はない。即ち、同一の構成により、ビットレート無依存動作が可能である。【００４６】  上述したように、本実施形態の全光スイッチにおいては、非線形光学素子１において誘起される位相変化が定常状態に向かう裾引き過程に入る頃に、非線形光学素子２における位相変化が誘起されるため、非線形光学素子１における位相変化の裾引き過程の影響を、非線形光学素子２における位相変化の立ち上がりによってある程度相殺することができる。また、非線形光学素子１における緩和が初期状態に向かう裾引き過程に入る頃に、非線形光学素子２における位相変化も緩和を開始するため、非線形光学素子１における位相変化の裾引き過程の影響は、非線形光学素子２における位相変化の緩和によってある程度相殺することが可能となる。その結果、キャリア寿命に依存する波長変換出力光の波形歪みが解消されるため、高ビットレートのＮＲＺ信号光でも駆動することが可能になる。【００４７】  次に、本発明の第２の実施形態に係る全光スイッチについて説明する。図３は本実施形態の全光スイッチの構成を示す図である。なお、図３においては、図１に示す第１の実施形態の全光スイッチと構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図３に示すように、本実施形態の全光スイッチは、入力ポート２１から入力された非ゼロ復帰方式でデータ変調された信号光（ＮＲＺ信号光）５３及び入力ポート２２から入力された搬送光であるＣＷ光５２を夫々両アームに分配するカプラ２３と、両アームを伝搬した光を合成して出力ポート２５に出力するカプラ２４と、を備えたマッハ・ツェンダー型光回路が設けられている。【００４８】  また、この全光スイッチは、前述のマッハ・ツェンダー型光回路における２つのアームの光路長が相互に異なっており、光路長が短いアームには、ＳＯＡを備えた非線形導波路素子１及び位相調節器１４が設けられており、光路長が長いアームには、ＳＯＡを備えた非線形導波路素子２及び位相調節器１５が設けられている。なお、本実施形態の全光スイッチにおける位相調整器１４及び１５は、ＮＲＺ信号光５３が入力されない場合に、ＣＷ光５２に由来する出力光が出力ポート２５から出力されないようにするものであり、ＮＲＺ信号光５３の入力がない場合には、両アームを通過したＣＷ光がカプラ２４で干渉する際の位相差が半波長となるように設定されている。【００４９】  上述の如く、本実施形態の全光スイッチにおいては、非線形導波路素子２が設けられているアームの方が、非線形導波路素子１が設けられているアームよりも光路が長くなっている。これにより、非線形導波路素子１及び２を通過するＣＷ光がカプラ２４で合波する際にΔＴの時間差を与えることができるため、非線形導波路素子２を通過するＣＷ光に、キャリア寿命よりも短い時間差ΔＴが与えられる。なお、本実施形態の全光スイッチは、マッハ・ツェンダー型光回路における２つのアームの光路長が相互に異なっている点を除いては、図８に示す従来例２の全光スイッチの構成と同じである。【００５０】  次に、本実施形態の全光スイッチの動作について説明する。本実施形態の全光スイッチは、入力ポート２１に波長λ１のＮＲＺ信号光５３が入力され、入力ポート２２に波長λ２のＣＷ光５２が入力される。この波長λ１及び波長λ２は、いずれもＳＯＡの利得領域内に設定される。入力ポート２１に入力されたＮＲＺ信号光５３は、カプラ２３で２つに分配されて、一方は非線形導波路素子１へ入力され、他方は非線形導波路素子２へ入力される。このカプラ２３は、非線形導波路素子１において引き起こされる屈折率変化（非線形位相シフト）、非線形導波路素子２において引き起こされる屈折率変化より大きくなるように、分配比が非対称となっている。また、ＮＲＺ信号光が入力されると、非線形導波路素子１及び２において、夫々非線形屈折率変化が励起される。一方、入力ポート２２に入力されたＣＷ光５２は、カプラ２３で分岐された後、非線形導波路素子１及び２で生じる非線形位相シフトを受ける。そして、非線形導波路素子１及び２を通過したＣＷ光は、カプラ３４で再び合波されてＮＲＺデータ変調光となり、波長変換光として出力ポート２５から出力される。【００５１】  本実施形態の全光スイッチにおいては、マッハ・ツェンダー型光回路における２つのアームの光路長が相互に異なるように設定されているため、両アームを通過してきた波長λ２の光がカプラ２４において合波される際に、非線形位相シフトの立ち上がりに時間ΔＴだけずれが生じる。具体的には、先ず、非線形導波路素子１を通過した波長λ２の光の非線形位相シフトによって両アーム間の位相差が変化し、出力ポート２５からの波長変換光の出力がオンとなる。そして時間ΔＴが経過した後、非線形導波路素子２を通過した波長λ２の光の非線形位相シフトが、非線形導波路素子１を通過した波長λ２の光の非線形位相シフトにおける時間ΔＴ経過後の裾引きの部分を相殺する。これにより、波長λ２の光出力がオフからオンに切り替わる過程において、キャリア寿命に起因する裾引が抑制される。【００５２】  また、本実施形態の全光スイッチにおいては、波長λ１のＮＲＺ信号光入力がオンからオフに切り替わる過程においても同様に、キャリア寿命に起因する裾引きが抑制される。具体的には、波長λ１の信号光入力がオフになると、非線形導波路素子１及び２におけるキャリア密度が回復し、定常状態へ近づく。その際の定数はキャリア寿命で定まり、キャリア密度の時間変化は裾引きを示��。しなしながら、この全光スイッチのマッハ・ツェンダー型光回路は、両アームの光路長が相互に異なっているため、先ず、非線形導波路素子１を通過した波長λ２の光の非線形位相シフトが回復していくことにより、両アーム間の位相差が初期状態に向かって、出力ポート２５からの波長変換光の出力がオフとなる。そして、時間ΔＴが経過し、両アーム間の位相差がほぼ初期状態に戻った時点で、非線形導波路素子２を通過した波長λ２の光の非線形位相シフトも回復する。このため、これ以降は両アームの位相差の変化は抑制され、波長λ２の光出力にはキャリア密度変化の裾引きの影響は現われない。このようにして、波長λ１のＮＲＺ信号光を入力して波長λ２のＮＲＺ出力光を得る波長変換動作が実現される。【００５３】  上述したように、本実施形態の全光スイッチにおいては、スイッチ動作がオフからオンに切り替わる過程及びオンからオフに切り替わる過程において、非線形屈折率変化の緩和時間の影響を受けずに動作させることができるため、高ビットレートのＮＲＺ信号光でも駆動することができる。【００５４】  次に、本発明の第３の実施形態の全光スイッチについて説明する。図４は本実施形態の全光スイッチの構成を示す図である。なお、図４においては、図１に示す第１の実施形態の全光スイッチと構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図４に示すように、本実施形態の全光スイッチは、入力ポート８にＣＷ光ではなく、クロックパルス光５４が入力され、出力ポート９からはＮＲＺからＲＺへの変換された光が出力される点を除いては、図１に示す第１の実施形態の全光スイッチと同様である。従って、クロックパルス光５４に対するスイッチングウィンドウは、前述の第１の実施形態の全光スイッチにおけるＣＷ光に対するスイッチ出力波形と同じとなる。【００５５】  次に、本実施形態の全光スイッチの動作について説明する。本実施形態の全光スイッチにおいては、入力ポート７に波長がλ１のＮＲＺ信号光５３が入力され、入力ポート８には波長がλ２で、ＮＲＺ信号光５３と同期したクロックパルス光５４が入力される。この波長λ１及び波長λ２は、いずれもＳＯＡの利得領域内に設定される。入力ポート７に入力されたＮＲＺ信号光５３は、３ｄＢカプラ１０で２つに分配され、その一方は、可変遅延回路１１、可変減衰器１２及び３ｄＢカプラ５をこの順に通過して非線形導波路素子１へ入力される。また、他方は、可変減衰器１３及び３ｄＢカプラ６をこの順に通過して非線形導波路素子２へ入力される。このとき、可変遅延回路１１を調節することにより、非線形導波路素子１及び２に入力される信号光にはΔＴの時間差がつけられる。このＮＲＺ信号光が入力すること、非線形導波路素子１及び２は、キャリア密度が減少し、屈折率が変化する。一方、入力ポート８に入力された波長λ２のクロックパルス光５４は、３ｄＢカプラ３で一旦分岐され、一方が非線形導波路素子１に、他方が非線形導波路素子２に入力されて屈折率変化（非線形位相シフト）を受ける。そして、非線形導波路素子１及び２を通過したクロックパルス光は、３ｄＢカプラ４で再び合波されて、ＲＺデータ変調光となり、波長変換光としてポート９から出力される。【００��６】  なお、このマッハ・ツェンダー型光回路においては、位相調整器１４及び１５により、波長λ１のＮＲＺ信号光５３の入力がないときに、波長λ２の出力光がポート９から出力されないように、波長λ１のＮＲＺ信号光の入力がない場合には、両アームを通過した波長λ２のクロック光が３ｄＢカプラ４で干渉する際の位相差が半波長となるように設定されている。【００５７】  本実施形態の全光スイッチにおいては、ＮＲＺ信号光５３が入力されると、先ず、非線形導波路素子１へＮＲＺ信号光が入力され、時間ΔＴが経過した後に非線形導波路素子２に非線形導波路素子１へ入力されたＮＲＺ信号光よりも低強度のＮＲＺ信号光が入力される。これにより、スイッチングウィンドウがオンとなる過程において、非線形導波路素子１における非線形屈折率変化の裾引きの部分が、非線形導波路素子２における非線形屈折率変化によって相殺される。即ち、波長λ２のクロックパルス光光がオンとなる動作において、キャリア寿命に起因する裾引きが抑制される。【００５８】  同様に、波長λ１のＮＲＺ信号光入力がオンからオフに切り替わる過程においても、キャリア寿命に起因する裾引きが抑制される。具体的には、波長λ１のＮＲＺ信号光入力がオフになると、非線形導波路素子１におけるキャリア密度が回復して定常状態へ近づく。その際の定数はキャリア寿命で定まり、キャリア密度の時間変化は裾引きを示す。しかしながら、時間ΔＴが経過した後、両アーム間の位相差がほぼ初期状態に戻った時点で、非線形導波路素子２への信号光入力もオフとなり、キャリア密度の回復が始まる。これにより、これ以降は両アームの位相差の変化が抑制され、波長λ２のクロックパルス光がオフとなる動作においてキャリア密度変化の裾引きの影響は現われない。本実施形態の全光スイッチにおいては、このようにして、波長λ１のＮＲＺ信号光を入力して波長λ２のＲＺ出力光を得る波長変換動作が実現される。【００５９】  上述したように、本実施形態の全光スイッチにおいては、搬送光としてクロックパルス光を入力した場合においても、スイッチ動作がオフからオンに切り替わる過程及びオンからオフに切り替わる過程において、非線形屈折率変化の緩和時間の影響を受けずに動作させることができる。その結果、従来の全光スイッチよりも広範囲のビットレートのＮＲＺ信号光で動作可能になる。【００６０】  前述の第１乃至第３の実施形態の全光スイッチにおいては、ＮＲＺ光の伝搬方向とＣＷ光及びクロックパルス光等の搬送光の搬送方向とが同じであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＮＲＺ光の伝搬方向と搬送光の搬送方向とが逆方向であっても、同様の効果が得られる。この場合、ＮＲＺ信号光と搬送光とが同じ波長であってもよい。次に、本発明の第４の実施形態に係る全光スイッチについて説明する。図５は本実施形態の全光スイッチの構成を示す図である。なお、図５においては、図１に示す第１の実施形態の全光スイッチと構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図５に示すように、本実施形態の全光スイッチは、入力ポート３１から入力された非ゼロ復帰方式でデータ変調された信号光（ＮＲＺ信号光）５３を２つに分配する３ｄＢカプラ３３と、入力ポ���ト８から入力された搬送光であるＣＷ光５２を２つに分配する３ｄＢカプラ３６と、３ｄＢカプラ３３で分配された一方のＮＲＺ信号光及び３ｄＢカプラ３６で分配された一方のＣＷ光が入力される３ｄＢカプラ３４と、３ｄＢカプラ３３で分配された他方のＮＲＺ信号光及び３ｄＢカプラ３６で分配された他方のＣＷ光が入力される３ｄＢカプラ３５と、３ｄＢカプラ３４から出力された光及び３ｄＢカプラ３５から出力された光を合成して出力ポート３８に出力する３ｄＢカプラ３７と、を備えたマッハ・ツェンダー型光回路が設けられている。【００６１】  本実施形態の全光スイッチにおいては、前述のマッハ・ツェンダー型光回路におけるＮＲＺ信号光５３の搬送方向とＣＷ光５２の搬送方向とが相互に逆方向になるように、入力ポート３１及び入力ポート３２が配置されている。また、３ｄＢカプラ３６と３ｄＢカプラ３４との間に、ＳＯＡを備えた非線形導波路素子１及び位相調節器１４が設けられており、３ｄＢカプラ３６と３ｄＢカプラ３５との間には、ＳＯＡを備えた非線形導波路素子２及び位相調節器１５が設けられている。この位相調整器１４及び１５は、ＮＲＺ信号光５３が入力されないときは、ＣＷ光５２に由来するの出力光が出力ポート３８９から出力されないように、ＮＺＲ信号光５３の入力がない場合には、両アームを通過したＣＷ光が３ｄＢカプラ４で干渉する際の位相差が半波長になるように設定されている。【００６２】  更に、本実施形態の全光スイッチにおいては、入力されたＮＲＺ信号光５３を分配する３ｄＢカプラ３３と３ｄＢカプラ３４との間に、可変遅延回路１１及び可変減衰器１２が設けられており、３ｄＢカプラ３３と３ｄＢカプラ３５との間には、可変減衰器１３が設けられている。可変遅延回路１１は、３ｄＢカプラ３３で分配された一方のＮＲＺ信号光が非線形導波路素子１に入力した後で、他方のＮＲＺ信号光が非線形導波路素子２に入力するように、他方のＮＲＺ信号光の入力を遅らせるものであり、可変遅延回路１１により与えられる２つのＮＲＺ信号光の入力時間差ΔＴが、非線形導波路素子１及び２における非線形屈折率変化の緩和時間、即ち、キャリア寿命よりも短くなるように設定されている。また、可変減衰器１２及び１３は、非線形導波路素子２に入力されるＮＲＺ信号光を、非線形導波路素子１入力されるＮＲＺ信号光よりも減衰させるものである。なお、本実施形態の全光スイッチにおける上記以外の構成は、前述の第１の実施形態の全光スイッチと同様である。【００６３】  次に、本実施形態の全光スイッチの動作について説明する。本実施形態の全光スイッチは、入力ポート３１に波長λ１のＮＲＺ信号光５３が入力され、入力ポート３２に波長λ２のＣＷ光５２が入力される。この波長λ１及び波長λ２は、いずれもＳＯＡの利得領域内に設定される。そして、入力ポート３１に入力された波長λ１のＮＲＺ信号光５３は、３ｄＢカプラ３３で２つに分配された後、一方は、可変遅延回路１１、可変減衰器１２、３ｄＢカプラ３４及び位相調節器１４を通過して非線形導波路素子１へ入力される。他方は、可変減衰器１３、３ｄＢカプラ３５及び位相調節器１５を通過して非線形導波路素子２へ入力される。このとき、可変遅延回路１１���より、非線形導波路素子１及び２に入力されるＮＲＺ信号光にはΔＴの時間差がつけられる。そして、非線形導波路素子１及び２は、ＮＲＺ信号光が入力されると、キャリア密度が減少し、屈折率が変化する。【００６４】  一方、入力ポート３２に入力された波長λ２のＣＷ光５２は、３ｄＢカプラ３６で一旦分配された後、一方が非線形導波路素子１に、他方が非線形導波路素子２に入力され、非線形導波路１及び２において、屈折率変化（非線形位相シフト）を受ける。その際、非線形導波路素子１及び２内においては、ＣＷ光及びＮＲＺ信号光が相互に逆方向に伝搬する。そして、非線形導波路素子１及び２を通過したＣＷ光は、３ｄＢカプラ３７で再び合波されてＮＲＺデータ変調光となり、波長変換光としてポート３８から出力される。【００６５】  本実施形態の全光スイッチにおいては、ＮＲＺ信号光が入力され、非線形導波路素子１において非線形屈折率変化が励起されると、非線形導波路素子１を通過する波長λ２のＣＷ光が非線形位相シフトを受け、出力ポート３８からの波長λ２の光出力がオンとなる。この非線形導波路素子１における非線形位相シフト量は、時間ΔＴが経過するまでに少なくともπ／２程度であることが好ましく、πに近いことがより好ましい。また、非線形導波路素子１にＮＲＺ信号光が入力されてから時間ΔＴが経過した後、波長λ１のＮＲＺ信号光が非線形導波路素子２にも入力され、非線形導波路素子２のキャリア密度が減少すると共に、屈折率が変化する。これにより、非線形導波路素子２を通過する波長λ２のＣＷ光も非線形位相シフトを受けることになる。非線形導波路素子２における非線形位相シフトは、非線形導波路素子１で生じていた非線形位相シフトと同符号で、且つ非線形導波路素子１の非線形位相シフトよりも小さい。これにより、非線形導波路素子１において非線形位相シフトが生じてから時間ΔＴ経過した以降の裾引きの部分を相殺することができる。その結果、波長λ２の光出力がオフからオンに切り替わる過程において、キャリア寿命に起因する裾引きが抑制される。【００６６】  また、本発明の全光スイッチにおいては、波長λ１のＮＲＺ信号光入力がオンからオフに切り替わる過程においても同様にキャリア寿命に起因する裾引きを抑制することができる。具体的には、波長λ１のＮＲＺ信号光入力がオフになると、非線形導波路素子１におけるキャリア密度が回復して定常状態へ近づく。その時定数は、キャリア寿命で定まり、キャリア密度の時間変化は裾引きを示す。しかしながら、時間ΔＴが経過した後、両アーム間の位相差がほぼ初期状態に戻った時点で、非線形導波路素子２へのＮＲＺ信号光入力もオフとなり、キャリア密度の回復が始まる。これにより、これ以降は両アームの位相差の変化が抑制され、波長λ２の光出力にはキャリア密度変化の裾引きの影響は現われない。このようにして、波長λ１のＮＲＺ信号光を入力して波長λ２のＮＲＺ出力光を得る波長変換動作が実現される。【００６７】  なお、本実施形態の全光スイッチにおいても、ＣＷ光の代わりにクロックパルス光を入力することにより、ＮＲＺ−ＲＺ変換された光を出力することができる。【００６８】  次に、本発明の第５の実施形態の全光スイッチについて説明する。図６は本実施形態の全光スイッチの構成を示す図である。なお、図６においては、図３に示す第２の実施形態の全光スイッチと構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図６に示すように、本実施形態の全光スイッチは、入力ポート４１から入力された非ゼロ復帰方式でデータ変調された信号光（ＮＲＺ信号光）５３を両アームに分配するカプラ４３と、入力ポート４２から入力されたＣＷ光５２を両アームに分配するカプラ４４と、を備えたマッハ・ツェンダー型光回路が設けられている。このマッハ・ツェンダー型光回路においては、ＮＲＺ信号光５３の搬送方向とＣＷ光５２の搬送方向とが相互に逆方向になるように、入力ポート４１及び入力ポート４２が配置されており、両アームを通過したＣＷ光５２は、カプラ４３で合成されて出力ポート４５に出力される。【００６９】  また、この全光スイッチは、前述のマッハ・ツェンダー型光回路における２つのアームのうち、一方のアームには、ＳＯＡを備えた非線形導波路素子１及び位相調節器１４が設けられており、他方のアームには、ＳＯＡを備えた非線形導波路素子２及び位相調節器１５が設けられている。そして、非線形導波路素子１と非線形導波路素子２とは、カプラ４３までの光路長が相互に異なるように配置されている。具体的には、カプラ４３から非線形導波路素子１までの光路長Ｌ１が、カプラ４３から非線形導波路素子２までの光路長Ｌ２よりも短くなるように配置されている。更に、本実施形態の全光スイッチにおいては、非線形導波路素子１において引き起こされる屈折率変化（非線形位相シフト）が、非線形導波路素子２において引き起こされる屈折率変化よも大きくなるように、カプラ４３における分配比を非対称としている。更にまた、本実施形態の全光スイッチにおける位相調整器１４及び１５は、ＮＲＺ信号光５３が入力されない場合に、ＣＷ光５２に由来する出力光が出力ポート４５から出力されないようにするため、ＮＲＺ信号光５３の入力がない場合には、両アームを通過したＣＷ光がカプラ４３で干渉する際の位相差が半波長となるように設定されている。なお、本実施形態の全光スイッチにおける上記以外の構成は、前述の第２の実施形態の全光スイッチと同様である。【００７０】  次に、本実施形態の全光スイッチの動作について説明する。本実施形態の全光スイッチにおいては、入力ポート４１に波長λ１のＮＲＺ信号光５３が入力され、入力ポート４２に波長λ２のＣＷ光５２が入力される。この波長λ１及び波長λ２は、いずれもＳＯＡの利得領域内に設定される。そして、入力ポート４１に入力されたＮＲＺ信号光５３は、カプラ４３で両アームに分配された後、一方は非線形導波路素子１へ入力され、他方は非線形導波路素子２へ入力される。これにより、非線形導波路素子１及び２において夫々非線形屈折率変化が励起される。この全光スイッチにおいては、カプラ４３から非線形導波路素子１までの光路長Ｌ１が、カプラ４３から非線形導波路素子２までの光路長Ｌ２よりも短くなっており、カプラ４３における分配比が非対称となっているため、非線形導波路素子１において引き起こされる屈折率変化（非線形位相シフト）は、非線形導波路素子２において引き起こされる屈折率変化よりも大きくなる。【００７１】  一方、入力ポート４２に入力された波長λ２のＣＷ光５２は、カプラ４４で両アームに分配された後、一方は位相調節器１４を経由して位相非線形導波路素子１に入力され、他方は、位相調節器１５を経由して位相非線形導波路素子２に入力される。そして、位相非線形導波路素子１及び２において非線形位相シフトを受ける。このとき、非線形導波路素子１及び２内においては、ＣＷ光及びＮＲＺ信号光が相互に逆方向に伝搬する。そして、非線形導波路素子１及び２を通過したＣＷ光は、カプラ４３で再び合波されてＮＲＺデータ変調光となり、波長変換光として出力ポート４５から出力される。【００７２】  本実施形態の全光スイッチにおいては、カプラ４３から非線形導波路素子１までの光路長Ｌ１が、カプラ４３から非線形導波路素子２までの光路長Ｌ２よりも短いため、両アームを通過してきた波長λ２の光がカプラ４３において合波される際、非線形位相シフトの立ち上がりに時間ΔＴ＝（Ｌ２−Ｌ１）／ｖｇのずれが生じる。ここで、ｖｇは群速度である。具体的には、先ず、非線形導波路素子１を通過した波長λ２の光の非線形位相シフトによって両アーム間の位相差が変化し、出力ポート４５からの波長変換光の出力がオンとなる。そして、時間ΔＴが経過した後、非線形導波路素子２を通過した波長λ２の光の非線形位相シフトが、非線形導波路素子１を通過した波長λ２の光の非線形位相シフトにおける時間ΔＴ経過後の裾引きの部分を相殺する。これにより、波長λ２の光出力がオフからオンに切り替わる過程において、キャリア寿命に起因する裾引きが抑制される。【００７３】  同様に、本実施形態の全光スイッチにおいては、波長λ１の信号光入力がオンからオフに切り替わる過程においても、キャリア寿命に起因する裾引きを抑制することができる。この全光スイッチにおいては、波長λ１の信号光入力がオフになると、非線形導波路素子１１、１２におけるキャリア密度は回復して定常状態へ近づく。その際の定数はキャリア寿命で定まり、キャリア密度の時間変化は裾引きを示す。しかしながら、両アームの光路長が相互に異なっているため、先ず、非線形導波路素子１を通過した波長λ２の光の非線形位相シフトが回復していくことによって両アーム間の位相差が初期状態に向かい、出力ポート４５からの波長変換光の出力がオフとなる。そして、時間ΔＴが経過した後、両アーム間の位相差がほぼ初期状態に戻った時点で、非線形導波路素子２を通過した波長λ２の光の非線形位相シフトも回復していくこのため、これ以降は両アームの位相差の変化は抑制され、波長λ２の光出力にはキャリア密度変化の裾引きの影響は現われない。本実施形態の全光スイッチにおいては、このようにして、波長λ１のＮＲＺ信号光５３を入力し、波長λ２のＮＲＺ出力光を得る波長変換動作が実現される。【００７４】  なお、本実施形態の全光スイッチにおいても、ＣＷ光の代わりにクロックパルス光を入力することにより、ＮＲＺ−ＲＺ変換された光を出力することができる。【００７５】  また、前述の第１乃至６の実施形態の全光スイッチにおいては、両アームで生じる非線形位相シフトが相互に異なるようにするため、両アームの非線形導波路素子に入力する信号光強���が異なるようにしているが、非線形導波路素子としてＳＯＡを使用する場合には、両アームで生じる非線形位相シフトが異なるようにする方法として、位相シフトと利得変化の比（アルファ・パラメタ）が異なるＳＯＡを使用する方法、微分利得係数が異なるＳＯＡを使用する方法、注入電流量が異なるＳＯＡを使用する方法及び光閉じ込め係数が異なるＳＯＡを使用する方法等を適用することもできる。【００７６】  更に、前述の第１乃至６の実施形態の全光スイッチにおける両アームに非線形導波路素子を備えたマッハ・ツェンダー光回路は、半導体上にモノリシック集積されたものでもよく、半導体非線形導波路素子を石英系等の材料で作製される平面光回路にハイブリッド集積されたものでもよい。また、ディスクリートな光部品により構成されたものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】  本発明は、光ファイバ通信及び光情報処理用の波長変換器として利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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